(57)【要約】【課題】照明用荷電粒子線の照明むらを補償可能な、荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】試料６からの発生電子８は、カソードレンズ７、光路切換手段である電磁プリズム３、結像電子光学系９を通して、ＭＣＰ検出器１０上に投影され、光電変換される。光電変換により発生した光は、光写像光学系１２を通過して、時間遅延積分型の撮像素子カメラ１３に画像が投影される。試料の像を観察する場合には、時間遅延積分型の撮像素子カメラ１３の走査方向に合わせて、試料を移動させ、それにより、同じ点からの２次電子、後方散乱電子及び反射電子８によって発生する光の強度が、時間遅延積分型の撮像素子カメラ１３の各撮像素子に蓄積されながら移動していくようにする。これにより、照度分布が有っても、時間遅延積分型の撮像素子カメラ１３で積分された値は、試料のどの点でについても、同じ光量の光で照明されたと等価な値となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射線源から発した照射用荷電粒子線を、照射光学系を介して光路切換手段に入射させ、この光路切換手段を通過した前記照射用荷電粒子線を、対物光学系を介して試料面に入射させ、この試料面から放出された観察用荷電粒子線を、前記対物光学系を介して前記光路切換手段に入射させ、前記光路切換手段によって、前記照射線源に至る方向とは異なる方向に前記観察用荷電粒子線を導き、前記光路切換手段を通過した後の前記観察用荷電粒子線を、結像光学系を介して時間遅延積分型の撮像素子を用いた検出手段に入射させる荷電粒子線装置であって、前記光路切換手段によって進行方向が曲げられる前記照射用荷電粒子線の軌跡が含まれる面に平行な方向と、前記時間遅延積分型の撮像素子において積算が行われる方向が一致していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置であって、前記光路切換手段が電磁プリズムであり、前記試料面と前記電磁プリズムのパワー中心が、荷電粒子線光学系において共役な位置関係にあることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子線装置を用いてマイクロデバイスの表面を観察する工程を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子線装置を用いて表面観察がされたマイクロデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線を試料面に面照射させて観察、検査を行う荷電粒子線装置、及びそれを利用したマイクロデバイスの製造方法、さらには、この荷電粒子線装置により観察が行われたマイクロデバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
照射線源から発した照射用荷電粒子線を、照射光学系を介して光路切換手段に入射させ、光路切換手段を通過した照射用荷電粒子線を、対物光学系を介して試料面に入射させ、試料面から放出された観察用荷電粒子線を、対物光学系を介して光路切換手段に入射させ、光路切換手段によって照射線源に至る方向とは異なる方向に観察用荷電粒子線を導き、光路切換手段を通過した後の観察用荷電粒子線を、結像光学系を介して時間遅延積分型の撮像素子を用いた検出手段に入射させる荷電粒子線装置は、現在開発段階であり、半導体デバイスのパターンの検査や、その他の微細構造を有するマイクロデバイスの検査に使用される予定である。
【０００３】
このような荷電粒子線装置においては、撮像面に２次元光電変換装置等を配置し、結像した荷電粒子線を一旦光に変換し、リレー光学系を介して、ＴＤＩ−ＣＣＤ等の時間遅延積分型の撮像素子上に前記撮像面の像を結像させている。そして、時間遅延積分型撮像素子の走査に合わせて試料を移動させ、同じ試料面から放出され、光に変換された荷電粒子線を積分することにより大きな電荷として取り出し、微量な観察用荷電粒子線による試料の観察を可能にしている。
【０００４】
このように、ＴＤＩ−ＣＣＤ等の時間遅延積分型の撮像素子を用いると、その走査方向についての観察用荷電粒子線光学系や光学系のいろいろな位置での結像の結果が積分された結果が得られるので、この方向について、観察用荷電粒子線光学系の収差や照度のむら等があっても、それらが平滑されたような観察結果を得ることができる。
【０００５】
一方、このような荷電粒子線装置においては、照明光学系は、単に試料面を均一照明すればよいのに対し、観察用荷電粒子線光学系は、試料面の像を正確に結像させる必要があるため、収差等の条件が厳しく、従って、照明光学系と観察用荷電粒子線光学系に共通に使用される部品において、照明光学系として要求される条件と観察用荷電粒子線光学系として要求される条件が相反する場合、照明光学系の条件を犠牲にして、観察用荷電粒子線光学系として要求される条件を満足させるのが一般的であった。
【０００６】
このような条件から、荷電粒子線装置においては、観察用荷電粒子線光学系の光軸は直線とし、照明光学系の光源を横方向に設け、Ｅ×Ｂ等の光路切換手段により、照射用荷電粒子線光路を曲げて、観察用荷電粒子線光学系の光軸に一致させた状態で、試料面を照明するように構成されている。一般に光路切換手段には、Ｅ×Ｂのように電界と磁界を利用したものが使用されるが、この場合、荷電粒子線は、電場に平行で、磁場に垂直な平面内でその進行方向を変えることになる観察用荷電粒子線光学系を単独で考えた場合、その収差等のばらつきは磁場に平行な方向で大きく現れる。よって、従来の荷電粒子線装置では、時間遅延積分型の撮像素子の走査方向（従って試料の移動方向）を、光路切換手段の磁場の方向と一致させ、これにより、磁場方向の場所間でむらのある収差等を平均化する方法が採用されていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４０１６２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような構成によると、Ｅ×Ｂの電場に平行で磁場に垂直な方向、すなわち、照明荷電粒子線が曲げられる面内におけるむらの補正は、時間遅延積分型の撮像素子によっては行うことができなかった。この面内では、照明用荷電粒子線の光路が曲げられるため、照度むらの発生が避けられないが、これは、やむを得ないものとされていた。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、最近の観察用荷電粒子線光学系の進歩を考慮し、照明用荷電粒子線の照度むらを補償可能な、荷電粒子線装置、およびそれを使用したマイクロデバイスの製造方法、さらには、この荷電粒子線装置により観察が行われたマイクロデバイスを提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、照射線源から発した照射用荷電粒子線を、照射光学系を介して光路切換手段に入射させ、この光路切換手段を通過した前記照射用荷電粒子線を、対物光学系を介して試料面に入射させ、この試料面から放出された観察用荷電粒子線を、前記対物光学系を介して前記光路切換手段に入射させ、前記光路切換手段によって前記照射線源に至る方向とは異なる方向に前記観察用荷電粒子線を導き、前記光路切換手段を通過した後の前記観察用荷電粒子線を、結像光学系を介して時間遅延積分型の撮像素子を用いた検出手段に入射させる荷電粒子線装置であって、前記光路切換手段によって進行方向が曲げられる前記照射用荷電粒子線の軌跡が含まれる面に平行な方向と、前記時間遅延積分型の撮像素子において積算が行われる方向が一致していることを特徴とする荷電粒子線装置。（請求項１）である。
【００１１】
前述のように、観察用荷電粒子線光学系においては、収差等の発生が問題となっていたが、例えば、特開２０００−３４０１６２号公報（特許文献１）に記載されるように、光路切換手段のパワー中心が観察面と共役になるように観察用荷電粒子線光学系を調整する等の手段により、観察用荷電粒子線光学系に対する収差の影響を低減することが可能となった。このような、収差の小さい観察用荷電粒子線光学系を使用すれば、収差補正条件の厳しい観察用荷電粒子線光学系への影響を気にせずに、進行方向が曲げられる照射用荷電粒子線の軌跡が含まれる面の方向と、前記時間遅延積分型の撮像素子において積算する方向の関係を決定することが可能となった。
【００１２】
そこで、本手段においては照射用荷電粒子線の軌跡が含まれる面の方向と、時間遅延積分型の撮像素子において画像を積算する方向（すなわち試料を移動させる方向）を一致させるようにした。これにより、照射用荷電粒子線の照度むらがあっても、時間遅延積分型の撮像素子において積分されて出力される値は、試料が観察視野中を移動している間の平均的な荷電粒子線反射量、又は二次電子発生量の値となる。よって、照明むらがキャンセルされ、良好な撮像結果を得ることができる。
【００１３】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記光路切換手段が電磁プリズムであり、前記試料面と前記電磁プリズムのパワー中心が、荷電粒子線光学系において共役な位置関係にあることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１４】
特開２０００−３４０１６２号公報（特許文献１）に記載されるように、光路切換手段である電磁プリズムのパワー中心が観察面と共役になるように観察用荷電粒子線光学系を調整すれば、観察用荷電粒子線光学系に対する収差の影響を低減することが可能であり、収差補正条件の厳しい観察用荷電粒子線光学系への影響を気にせずに、前記第１の手段のような構成を採用し、照明むらをキャンセルして、良好な撮像結果を得ることができるようになる。
【００１５】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段である荷電粒子線装置を用いてマイクロデバイスの表面を観察する工程を含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法（請求項３）である。
【００１６】
本手段においては、荷電粒子線装置の照度むらが低減された状態でマイクロデバイスの検査を行うことができるので、表面観察による検査精度を上げることができる。なお、マイクロデバイスとは、半導体デバイスやマイクロマシニングデバイスを始め、微細構造を有する物体を言い、このことは本明細書全体において共通である。
【００１７】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段である荷電粒子線装置を用いて表面観察がされたマイクロデバイス（請求項４）である。
【００１８】
本手段においては、照度むらが低減された状態で表面観察が行われているので、欠陥のないマイクロデバイスとすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である電子線装置の概要を示す図である。カソード１から射出した照射ビーム４は、ウェネルト電極１４、アノード１５、照明電子光学系２を通過して、電磁プリズム（Ｅ×Ｂ）３に入射する。照射ビーム４は、光路切換手段である電磁プリズム３によって、その光路が変更された後、対物レンズ７を通過して、試料６を面照射する。試料６に照射ビーム４が入射すると試料６からは、その表面形状、材質分布、電位の変化などに応じた分布の２次電子、後方散乱電子及び反射電子８が発生する。
【００２０】
この発生電子８は、対物レンズ７、光路切換手段である電磁プリズム３、結像電子光学系９を通して、ＭＣＰ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｐｌａｔｅ）検出器１０上に投影され、光電変換される。光電変換により発生した光は、光写像光学系１２を通過して、時間遅延積分型の撮像素子（ＴＤＩ−ＣＣＤ）カメラ１３に画像が投影される。ここで、対物レンズ７は、２次電子、後方散乱電子及び反射電子８による中間像が光路切換手段である電磁プリズム３の中心付近に解像度良く結像するように設計されている。すなわち、電磁プリズム３の中心位置と、試料６の表面位置は共役になっている。また電磁プリズム３、結像電子光学系９は、２次電子、後方散乱電子及び反射電子８による像が解像度良く結像されるよう精密に設計されている。
【００２１】
電磁プリズム３の中心位置と、試料６の表面位置が共役になっているので、特許文献１に記載されるように、対物レンズ７、光路切換手段である電磁プリズム３、結像電子光学系９を中心とする観察用荷電粒子線光学系の収差を小さく抑えることができる。
【００２２】
ここで、照射ビーム４の光路が光路切換手段である電磁プリズム３によって曲げられた場合の様子を図２に示す。対物レンズ７を通過して、試料６を面照明したとき、図２（ａ）のように光路が曲げられた方向にディストーションが生じ、結果として、図２（ｂ）に示すように、試料面の、図２の左右方向における照度ムラが大きくなる。これに対し、図２の紙面に垂直な方向では、照射ビーム４は曲げられていないので、比較的均一な照度が得られる。
【００２３】
しかし、本実施の形態においては、時間遅延積分型の撮像素子カメラ１３の走査方向を、図２における左右方向（電場方向）にとっている（従来は時間遅延積分型の撮像素子カメラ１３の走査方向は、図２における紙面と垂直方向（磁場方向）にとられていた。）。
【００２４】
従って、試料の像を観察する場合には、時間遅延積分型の撮像素子カメラ１３の走査方向に合わせて、試料を図２における左右方向に移動させ、それにより、同じ点からの２次電子、後方散乱電子及び反射電子８によって発生する光の強度が、時間遅延積分型の撮像素子カメラ１３の各撮像素子に蓄積されながら移動していくようにする。
【００２５】
よって、試料のある点が撮像視野に入ってから出ていくまでに、図２における左右の各点で照射を受けることになり、時間遅延積分型の撮像素子カメラ１３で積分された受光量の値は、図２（ｂ）に示した照度分布を積分した値と関係を有するものとなる。従って、試料が移動しながら撮像されることから、試料のどの点においても図２（ｂ）に示した照度分布を積分した値は同じになるので、図２（ｂ）に示すような照度分布があるにもかかわらず、時間遅延積分型の撮像素子カメラ１３で積分された値は、試料のどの点においても、同じ光量の光で照明されたのと等価な値となる。
【００２６】
よって、本実施の形態によれば、実際の照射用電子線において試料の照度むらがある場合でも、均一照明がされているのと同じ効果が得られる。よって、このような電子線装置を用いて試料、例えばマイクロデバイスである半導体デバイスを観察すれば、事実上照度むらの無い電子線装置を用いて観察したのと同じ状態となり、観察精度を上げることができる。
【００２７】
以下、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。図３は、本発明の半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各主工程を含む。
▲１▼ウェハを製造するウェハ製造工程（又はウェハを準備するウェハ準備工程）
▲２▼露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）
▲３▼ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング工程
▲４▼ウェハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程
▲５▼できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。
【００２８】
これらの主工程の中で、半導体のデバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウェハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウェハプロセッシング工程は以下の各工程を含む。
▲１▼絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
▲２▼この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程
▲３▼薄膜層やウェハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程
▲４▼レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）
▲５▼イオン・不純物注入拡散工程
▲６▼レジスト剥離工程
▲７▼さらに加工されたウェハを検査する検査工程
なお、ウェハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
【００２９】
図４は、図３のウェハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャートである。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含む。
▲１▼前段の工程で回路パターンが形成されたウェハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程
▲２▼レジストを露光する露光工程
▲３▼露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程
▲４▼現像されたレジストパターンを安定化させるためのアニール工程
以上の半導体デバイス製造工程、ウェハプロセッシング工程、リソグラフィー工程については、周知のものであり、これ以上の説明を要しないであろう。
【００３０】
本実施の形態においては、上記▲７▼の工程において、上記のような電子線装置を用いて検査を行っているので、精密な検査を行うことができ、半導体デバイスの歩留を向上させ、かつ、不良品の出荷を防止することができる。
【００３１】
【発明の効果】
上記説明したように、本発明によれば、照明用荷電粒子線の照度むらを補償可能な、荷電粒子線装置、およびそれを使用したマイクロデバイスの製造方法、さらには、この荷電粒子線装置により観察が行われたマイクロデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例である電子線装置の概要を示す図である。
【図２】照射ビームの光路が光路切換手段である電磁プリズムによって曲げられた場合の様子を示す図である。
【図３】本発明の半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…電子銃、２…照明電子光学系、３…電磁プリズム、４…照射ビーム、５…ステージ、６…試料、７…対物レンズ、８…２次電子、後方散乱電子及び反射電子、９…結像電子光学系、１０…ＭＣＰ検出器、１２…光写像光学系、１３…撮像素子カメラ、１４…ウェネルト電極、１５…アノード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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